基于ZigBee技術的機房監控系統

2．1 傳感器模塊
傳感器模塊從ZigBee網絡的角度看，為一個RFD節點，通過2節5號電池供電。按照需要探測物理量的不同，各傳感器的硬件設計分述如下：
1)溫度傳感器 CC2430內部集成有一個溫度傳感器，其基本工作原理：片上溫感部分將溫度轉換為模擬電壓信號，其幅度范圍是0．648(-40℃)～1．039 V(+120℃)，之后經過12位A／D轉換為數字信號，再除以一個溫度系數，則可得到當前溫度值。
2)濕度傳感器探頭 采用瑞士森斯瑞(Sensirion)公司推出的SHTl5超小型、自校準、多功能式智能傳感器來測量相對濕度，SHTl5型傳感器是單片、多用途的智能傳感器，其內部不僅包含基于濕敏電容器的微型相對濕度傳感器，而且還有14位的A／D轉換器和雙線串行接口，能輸出經過校準的相對濕度。該智能傳感器的相對濕度測量范圍為0～100％，分辨率達0．03％，最高精度為±2％RH，電源電壓范圍2．5～5．5V，響應時間，小于3s。
3)煙感探頭 煙感探頭的基本工作原理：當煙霧進入報警器室時，將隔斷或阻止紅外線的互通，紅外線的發射管收不到對方發來的光，光參數變化，經處理電路進行處理后，再轉換成低電平，并觸發報警。
2．2 空調控制節點設計
空調控制器節點完成從ZigBee網絡接收自主控計算機發來的空調啟、停命令并將其轉換成對應的遙控器紅外控制命令。從ZigBee網絡的角度看，空調控制器節點僅是一個RFD設備，主要是接收ZigBee數據，也由CC2430完成。其需要完成的另外一個任務就是通過紅外通道，模擬空調的遙控器完成控制空調的啟、停。在安裝配置系統時，通過“紅外學習口”對機房內所裝空調的遙控器紅外命令進行學習，并將其存儲在EEPROM中。系統正常工作時，當接收到從ZigBee傳輸來的空調控制命令時，將其轉換為紅外發送命令，從EEPROM讀取數據，按照這些數據規定的脈寬參數控制紅外發射管發送紅外線，進而直接控制空調。由于紅外控制命令的學習和發送會占用資源操作，如果其也由CC2430控制，將會加重CC2430負載，影響正常的ZigBee通信功能。因此使用51系列單片機AT89S52完成，CC2430與AT89S52之間通過串口來交換數據。這樣可以在不改裝空調的情況下，通過簡單的紅外學習操作即可控制任意型號的空調，簡化了系統的安裝使用，同時也大大提高了系統的可靠性。空調控制節點的設計框架如圖3所示。

2．3 ZigBee中轉設備設計
該中轉設備的功能是完成以太網與ZigBee網絡之間的雙向數據交換，有2種實現方案。
2．3．1 CC2430+PC機
CC2430+PC機實現方案原理：CC2430負責ZigBee網絡的數據收發和轉存，PC機負責以太網數據的收發，二者之間通過RS-232交換數據。目前普通PC機的RS-232串口的波特率最高可達到115 200，而ZigBee的理論帶寬可達250 kb，二者速率大致在一個數量級，考慮到該系統設計所傳輸的大多是控制命令，數據流量不大，所以二者可以匹配使用。該實現方案研發周期短，可快速成型，且PC機資源豐富，可預留許多資源、功能供系統后續擴展，但成本較高，功耗較大。
2．3．2 CC2430+ARM(S3C44BOX)
與CC2430+PC機實現方案類似，CC2430+ARM(S3C44BOX)實現方案只是用以ARM為核心的嵌入式系統代替PC機，二者通過UART交換數據。采用三星公司的ARM7系列器件S3C44BOX作為主控制器，其主要功能和特點如下：1)以太網接口，采用10 M以太網控制器RTL8019，提供標準RJ45插座；2)2路UART接口，波特率達115200；3)LCD接口，可接1600×1600以下分辨率的單色或256色STN／DSTN型各種LCD屏；4)IDE接口，可掛接硬盤；4)運行μcLinux操作系統。該實現方案結構緊湊，成本較低，同時ARM為低功耗器件，所以整個模塊的功耗很低。
通過對上述兩種實現方案的比較，并考慮到成本和功耗的問題，因此這里選用第2種方案進行設計。

3 系統軟件設計
3．1 ZigBee軟件設計
為縮短研發者的開發時間和減小開發難度，TI公司在提供器件的同時，另外還免費提供實現ZigBee協議的軟件——Z-Stack，此軟件不僅實現了ZigBee協議棧，并在此基礎上擴充成了一個微型的操作系統，其主要內容包括：1)硬件抽象層HAL，處理鍵盤輸入，LCD輸出，UART輸入、輸出等；2)操作系統抽象層(OSAL)；3)ZigBee協議棧、IEEE 802．15．4 MAC層；4)用戶層應用程序；5)監看測試程序，通過串口和：PC機上的測試工具通訊。